Guia de antenas GNSS: bandas L1/L2/L5, antenas geodésicas ou inteligentes e RTK

O que é uma antena GNSS?

Uma antena GNSS é o componente que capta sinais de navegação por satélite e os converte em sinal elétrico para o receptor. Todo receptor GNSS, de um celular a uma estação base geodésica, possui uma, integrada ou conectada por cabo.

É comum procurar por antena GPS, mas GPS é apenas uma constelação. Uma antena GNSS (sistema global de navegação por satélite) é projetada para receber vários sistemas: GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, QZSS e sistemas regionais, como NavIC. Nosso artigo sobre GNSS e GPS explica a diferença em detalhes.

Os sinais dos satélites chegam à antena extremamente fracos, muito abaixo do ruído de fundo, e têm polarização circular à direita (RHCP). Portanto, uma antena topográfica deve ser RHCP, sensível nas bandas corretas e tão resistente quanto possível aos sinais refletidos. Em uma antena ativa, um amplificador de baixo ruído (LNA) reforça o sinal antes de ele percorrer o cabo.

Bandas de frequência GNSS: GPS L1, L2, L5 e outras

Cada constelação transmite em várias frequências, e uma antena só permite a passagem das bandas para as quais foi projetada. As principais bandas GNSS usadas em topografia são:

Na prática, as antenas cobrem uma banda superior em torno de 1559–1610 MHz e uma inferior em torno de 1164–1300 MHz. Algumas também permitem a passagem da faixa de banda L próxima de 1525–1560 MHz, usada por serviços de correção via satélite.

GPS de dupla frequência ou frequência única: por que multibanda importa para RTK

Um receptor GPS de dupla frequência rastreia sinais em duas bandas, normalmente GPS L1 e L2, e receptores topográficos modernos acrescentam L5 e as bandas equivalentes das outras constelações. O rastreamento multibanda é a principal razão para a fixação rápida e confiável do RTK de grau topográfico.

• Correção ionosférica – a ionosfera atrasa cada frequência de forma diferente; comparar duas ou mais frequências elimina a maior parte desse erro.
• Resolução mais rápida de ambiguidades – frequências adicionais permitem combinações que ajudam o receptor a resolver ambiguidades de fase da portadora em segundos.
• Linhas de base maiores – o RTK multibanda permanece confiável mais longe da base que o RTK L1 de frequência única.
• Robustez – sinais modernos em L5/E5a têm maior potência e melhor resistência a multicaminho.

Uma antena GPS L1 barata limita um receptor multibanda a L1. Para RTK, as bandas da antena devem corresponder às do receptor. Consulte o que é GPS RTK para entender o posicionamento por fase da portadora.

Antena GPS ativa ou passiva

Uma antena GPS ativa contém um amplificador de baixo ruído alimentado pela tensão DC enviada do receptor pelo cabo coaxial; uma antena passiva não tem amplificador. A escolha depende principalmente do comprimento do cabo.

Quase toda antena externa para GNSS RTK é ativa, pois a perda no cabo degradaria ainda mais o sinal já fraco. Confira se o receptor fornece a tensão necessária à antena e se o ganho do LNA é adequado ao comprimento do cabo: ganho insuficiente perde sinal; ganho excessivo pode sobrecarregar a entrada do receptor.

Tipos de antenas GPS: patch, helicoidais, geodésicas e inteligentes

Os tipos de antenas GPS vão de pequenos elementos patch cerâmicos a grandes modelos choke-ring. Tamanho, estabilidade de fase e rejeição de multicaminho aumentam em conjunto.

Antena patch cerâmica

Um módulo GPS com antena patch cerâmica usa um elemento cerâmico plano sobre um plano de terra. Compacto e econômico, é encontrado em celulares, rastreadores e antenas GPS automotivas, normalmente cobrindo uma ou duas bandas com estabilidade de fase modesta.

Antena helicoidal

Antenas helicoidais quadrifilares são pequenas e leves, com boa recepção em baixas elevações, sendo adequadas a receptores portáteis e drones.

Antenas geodésicas e topográficas

Uma antena GNSS topográfica usa elementos de múltipla alimentação ou empilhados, um grande plano de terra e um projeto cuidadoso para manter o centro de fase estável em todas as direções. Antenas choke-ring acrescentam anéis concêntricos para suprimir reflexões de baixo ângulo e são usadas em estações de referência.

Antena inteligente

Uma antena inteligente combina antena e receptor em uma carcaça e fornece posições em vez de RF bruto. É comum em tratores e máquinas. Instalações GPS de antena dupla usam duas antenas para medir o rumo além da posição.

O que caracteriza uma boa antena RTK?

Uma boa antena RTK fornece medições de fase da portadora limpas e estáveis. O ganho sozinho não é decisivo; as propriedades a seguir são mais importantes para uma antena GPS de alta precisão.

• Estabilidade do centro de fase – o centro de fase elétrico não deve mudar conforme a direção do satélite. As variações são descritas pelo deslocamento do centro de fase (PCO) e pela variação do centro de fase (PCV), e valores calibrados podem ser aplicados no processamento.
• Rejeição de multicaminho – um bom diagrama de ganho e plano de terra reduzem sinais refletidos pelo solo, veículos e edifícios.
• Razão axial – uma razão axial baixa indica boa polarização circular e melhor rejeição de sinais refletidos com polarização à esquerda.
• Filtragem fora de banda – os filtros protegem contra interferência de redes móveis e rádios.
• Carcaça robusta – vedação IP67 e montagem topográfica padrão de 5/8" × 11.

Sempre meça a altura da antena até o ponto de referência da antena (ARP) e selecione o modelo correto; caso contrário, os resultados verticais terão erro sistemático.

Conectores, cabos e ligação de antenas GPS

O conector, o tipo de cabo e seu comprimento afetam o sinal que chega ao receptor. Instalações topográficas e em máquinas normalmente usam conectores TNC na antena, SMA em receptores compactos e módulos e tipo N nas antenas de rádio.

O cabo coaxial perde sinal conforme aumenta o comprimento, e a perda cresce com a frequência. Cabos finos, como RG-58, normalmente perdem cerca de meio decibel ou mais por metro nas frequências GNSS, enquanto cabos mais grossos de baixa perda perdem muito menos. Mantenha os percursos tão curtos quanto possível e escolha o cabo antes de definir o ganho do amplificador.

1. Escolha o ponto de montagem – a posição livre mais alta, afastada de antenas de rádio e bordas metálicas.
2. Instale a antena nivelada em uma fixação rígida de 5/8" ou base magnética.
3. Passe o cabo sem curvas acentuadas ou esmagamentos e faça laços de gotejamento nas áreas externas.
4. Vede os conectores externos com fita autofusão.
5. Verifique se o receptor alimenta a antena e informa valores normais de relação sinal-ruído.

Antena geodésica ou inteligente: qual escolher?

Escolha uma antena geodésica para estações base, monitoramento e configurações com receptor separado; escolha uma antena inteligente para veículos e máquinas que precisam de instalação simples em uma única unidade.

A antena GNSS geodésica SA102 da Mars Geosystems rastreia GPS, BDS, GLONASS, Galileo (E1, E5a, E5b, AltBOC), QZSS, SBAS e banda L, com ganho LNA de 36 ± 2 dB, conector TNC e vedação IP67. A antena inteligente S20 integra um receptor de 1408 canais para veículos. O preço das antenas GNSS varia bastante, de elementos patch econômicos a modelos geodésicos que custam muitas vezes mais; solicite uma cotação para obter os preços atuais.

Leitura complementar dos nossos engenheiros: bandas de frequência GPS e GNSS.

Perguntas frequentes